[发明专利]一种适于批量生产掺铜硫化锌纳米荧光粉的制备方法

说明书

一、技术领域：本发明属于半导体发光材料技术领域，涉及一种金属掺杂的ZnS基纳米发光材料的制备方法。

二、背景技术：众所周知，ZnS是一种性能独特的发光材料基质，通过改变其中的掺杂剂可以得到不同波段的高效可见辐射，实现真正意义上的全色发光。因此，ZnS材料得到了极其广泛的应用。几十年来，人们为实现ZnS基发光材料的全色化，提高其发光效率，改进其光电性能，开拓其应用进行了很多努力，取得了巨大成功。特别是1994年，Bhargava报导了在纳米ZnS基质中掺入Mn²⁺后发现其量子效率有大幅度提高，这大大引发了人们研究ZnS基纳米发光材料的热情。近年来，人们采用了多种方法用于制备金属掺杂的ZnS基纳米发光材料，取得了很大进展。如上海大学金炎等人用络合转换法在壳聚糖有机介质中制得了ZnS∶Cu纳米微晶，北京大学孙聆东等人采用水溶胶合成法制备了ZnS∶Cu水溶胶，天津大学李振钢等人以聚氧化乙烯作介质，在ZnS纳米微晶中成功地掺入了铕、锰、铜等多种元素。但是这些探索均未能实现金属掺杂的ZnS基纳米荧光粉的批量制备，所得产品须依赖溶液或薄膜等载体而不能以微晶状独立存在，从而使其应用受到限制。金属掺杂的ZnS基纳米荧光粉批量制备尚有很大空间等待人们去探索。

三、发明的内容：本发明的目的是建立一种设备简单，操作方便、成本低、发光效率高、可批量生产掺铜硫化锌纳米荧光粉的制备方法。本发明的目的是通过下述反应步骤实现的：

(1)甲基丙烯酸锌的制备

根据方程式[I]，通过甲基丙烯酸与乙酸锌的反应来制备甲基丙烯酸锌；

(2)聚甲基丙烯酸锌的制备

按照反应式[II]，使甲基丙烯酸锌在链转移剂与引发剂的作用下发生聚合反应，通过调节链转移剂与甲基丙烯酸的摩尔比，来控制聚合度n，从而控制纳米粒子的粒径，n为聚合度；

(3)ZnS∶Cu纳米荧光粉的制备

按照反应式[III]，使聚甲基丙烯酸锌与Na₂S、CuSO₄反应，所得产物经离心分离、洗涤、干燥后，即可得到ZnS∶Cu纳米荧光粉；

本发明的优点是：

(1)实现了ZnS∶Cu纳米荧光粉的批量生产。

(2)本方法成本低，操作简单，无毒性。

(3)本发明选择甲基丙烯酸与巯基乙酸的摩尔比来控制纳米粒子的粒径。如摩尔比为1∶200，1∶250时，分别可得粒径为2nm，2.2nm的荧光粉。

(4)在纳米粒子形成过程中，聚甲基丙烯酸将纳米粒子包覆起来，从而钝化了纳米粒子表面，提高了发光效率，且延长了荧光粉的使用寿命。

ZnS∶Cu∶Al纳米荧光粉可用于电致发光、平板显示、阴极射线管等，此外它还可用于传感器，纳米材料激光的制作。

四、实现本发明的具体实施方式：

本发明根据反应式[I]、反应式[II]和反应式[III]的实施例如下：

实施例1：

将40ml水，0.03mol的乙酸锌和5.5ml的甲基丙烯酸加到带有冷凝管的三口烧瓶中，升温搅拌，当温度升至60℃时，向烧瓶中加入40ml 0.05M的过硫酸钾水溶液，搅拌5分钟后，向三口烧瓶中加入20ml 0.017M的巯基乙酸(甲基丙烯酸与巯基乙酸的摩尔比为1∶200)，在80℃下反应一小时。待温度冷却至50℃，向反应物中加入20ml 0.006M的CuSO₄水溶液，然后30分钟内滴加40ml 0.8M的Na₂S水溶液，使反应混合物在80℃继续反应30分钟。室温下将反应混合物进行离心分离，用甲醇洗涤所得产物，真空干燥后，即可得到ZnS∶Cu纳米粉末，其粒径为2nm。

实施例2：改变实施例1中所述的巯基乙酸与甲基丙烯酸的摩尔数量，使其摩尔比为1∶250，其它具体操作如实施例1所述，可得粒径为2.2nm的ZnS∶Cu纳米荧光粉。